Le stelle zombie nel cuore della Via Lattea sfidano il tempo

Una nuova ricerca traccia il destino delle stelle che vivono vicino al pianeta via LatteaCentralità Buco nero.

Nonostante la loro antica età, alcune stelle in orbita attorno al buco nero supermassiccio centrale della Via Lattea sembrano ingannevolmente giovani. Ma a differenza degli esseri umani, che possono apparire ringiovaniti dopo un nuovo ciclo di iniezioni di collagene, queste stelle sembrano giovani per una ragione più oscura.

Mangiavano i loro vicini.

Questo è solo uno dei risultati più sorprendenti del nuovo Università nordoccidentale ricerca. Utilizzando un nuovo modello, gli astrofisici hanno tracciato i violenti viaggi di 1.000 stelle simulate in orbita attorno al buco nero supermassiccio centrale della nostra galassia, Sagittarius A* (Sgr A*).

Poiché è così affollata di stelle, la regione spesso sperimenta brutali collisioni stellari. Simulando gli effetti di queste intense collisioni, il nuovo lavoro scopre che i sopravvissuti alla collisione possono perdere massa per diventare stelle nude e di piccola massa o possono fondersi con altre stelle per diventare massicce e ringiovanite.

“La regione attorno al buco nero centrale è densa di stelle che si muovono a velocità molto elevate”, ha affermato Sania C. Rose della Northwestern University, che ha guidato la ricerca. “È un po' come correre in una stazione della metropolitana incredibilmente affollata a New York durante l'ora di punta. Se non incontri altre persone, le stai superando. Per le stelle, queste collisioni ravvicinate le fanno comunque interagire con la gravità Volevamo esplorare cosa significano queste collisioni e interazioni per le stelle e una descrizione dei loro risultati.

Rose ha presentato questa ricerca oggi (4 aprile) alla riunione di aprile dell'American Physical Society (APS) a Sacramento, in California. “Collisioni stellari al centro della galassia” faceva parte della sessione “Fisica astroparticellare e il centro della galassia”.

Rose è una ricercatrice post-dottorato Lindheimer presso il Centro per l'esplorazione e la ricerca interdisciplinare in astrofisica (CIERA) della Northwestern. Ho iniziato questo lavoro come dottorato di ricerca. Candidato dentro Università della CaliforniaÈ stata consigliata dall'astrofisico ed ex borsista post-dottorato presso la Northwestern University Smadar Naoz.

Destinati a scontrarsi

Il centro della nostra Via Lattea è un luogo strano e selvaggio. La forza gravitazionale di Sagittarius A* accelera la rotazione delle stelle attorno alle loro orbite a velocità terrificanti. L'enorme numero di stelle affollate al centro della galassia raggiunge il milione di stelle. Un set denso e velocità vertiginose equivalgono a un derby di demolizione ad alta velocità. Nella regione più interna – entro 0,1 parsec dal buco nero – alcune stelle riescono a fuggire incolumi.

“La stella più vicina al nostro Sole è a circa quattro anni luce di distanza”, ha spiegato Rose. “Ed entro la stessa distanza, vicino al buco nero supermassiccio, ci sono oltre un milione di stelle. È un quartiere incredibilmente affollato. Oltre a ciò, il buco nero supermassiccio ha una gravità davvero forte. Mentre orbitano attorno al buco nero, le stelle possono muoversi a migliaia di chilometri al secondo.” .

E in questo quartiere angusto e frenetico, le stelle possono scontrarsi con altre stelle. Più le stelle si avvicinano al buco nero supermassiccio, maggiore è la probabilità che si scontrino. Incuriositi dagli esiti di queste collisioni, Rose e i suoi collaboratori hanno sviluppato simulazioni per tracciare il destino degli ammassi stellari nel centro galattico. La simulazione tiene conto di diversi fattori: densità di massa stellare, massa stellare, velocità orbitale, gravità e distanze da Sagittarius A*.

Dai “cinque violenti” alle fusioni totali

Nella sua ricerca, Rose ha individuato un fattore che probabilmente determinerà il destino della stella: la sua distanza dal buco nero supermassiccio.

A una distanza di 0,01 parsec dal buco nero, le stelle, che si muovono a velocità di migliaia di chilometri al secondo, si scontrano costantemente tra loro. Raramente si tratta di uno scontro frontale, ma più simile a un “brutale knockout”, come lo descrive Rose. Gli impatti non sono abbastanza forti da mandare in frantumi completamente le stelle. Invece, perdono i loro strati esterni e continuano a accelerare lungo il percorso di collisione.

“Si scontrano e continuano ad andare avanti”, ha detto Rose. “Si sfiorano tra loro come se si scambiassero colpi molto violenti. Ciò fa sì che le stelle espellono materiale e perdano i loro strati esterni. A seconda della velocità con cui si muovono e di quanto si sovrappongono quando si scontrano, possono perdere una parte significativa di i loro strati esterni.Queste collisioni distruttive danno origine a un gruppo di strane stelle di piccola massa.

Oltre 0,01 parsec, le stelle si muovono a un ritmo più rilassato: centinaia di chilometri al secondo anziché migliaia. A causa della velocità lenta, queste stelle si scontrano tra loro ma poi non hanno abbastanza energia per fuggire. Invece, si fondono per diventare più massicci. In alcuni casi, potrebbero fondersi più volte fino a diventare dieci volte più grandi del nostro Sole.

“Alcune star vincono la lotteria delle collisioni”, ha detto Rose. “Attraverso collisioni e fusioni, queste stelle accumulano più idrogeno. Anche se si sono formate da persone più anziane, si mascherano da stelle ringiovanite. Sono come stelle zombi. Mangiano i loro vicini.”

Ma un aspetto giovanile ha il prezzo di una aspettativa di vita più breve.

“Muoiono molto rapidamente”, ha detto Rose. “Le stelle massicce sono come automobili giganti che consumano molto carburante. Iniziano con molto idrogeno, ma lo bruciano molto rapidamente.”

Ambiente duro “impareggiabile”

Sebbene Rose trovi semplice piacere nello studiare la regione estrema e strana vicino al centro della nostra galassia, il suo lavoro può anche rivelare informazioni sulla storia della Via Lattea. Poiché l’ammasso centrale è difficile da monitorare, le simulazioni del suo team potrebbero far luce sui processi nascosti.

“È un ambiente come nessun altro”, ha detto Rose. “Le stelle, che sono sotto l'influenza di un buco nero supermassiccio in una regione molto affollata, sono diverse da qualsiasi cosa vedremo mai nelle nostre vicinanze solari. Ma se riusciamo a identificare questi ammassi stellari, potremmo essere in grado di imparare qualcosa di nuovo su come è composto il centro della galassia, che, almeno apprezzandolo, costituisce sicuramente un punto di contrasto con il quartiere in cui viviamo.

La presentazione di Rose all'APS includeva la ricerca che aveva pubblicato IL Lettere del diario astrofisico Nel marzo 2024 e entro IL Giornale astrofisico Nel settembre 2023.

Riferimenti:

“Modulazione delle collisioni dei profili di densità degli ammassi stellari nucleari” di Sanya C. Rose e Morgan MacLeod, 22 febbraio 2024, Lettere del diario astrofisico.
doi: 10.3847/2041-8213/ad251f

“Collisioni stellari al centro galattico: stelle massicce, residui di collisione e giganti rosse mancanti” di Sanaa C. Rose, Smadar Naoz, Reem Sari e Itay Linial, 14 settembre 2023, Giornale astrofisico.
doi: 10.3847/1538-4357/acee75

Questo lavoro è stato sostenuto dalla National Science Foundation (Grant No. AST 2206428) e NASA (Concessione n. 80NSSC20K050), nonché da una borsa di studio Charles E. Young, una borsa di studio per tesi di laurea dell'UCLA, una borsa di studio Thacher, un Bhowmick Institute e una borsa di studio CIERA Lindheimer.